一種高精度流體分布控制技術(shù)
什么是高精度流體分配？
當(dāng)準(zhǔn)確度要求為99.xx%且標(biāo)準(zhǔn)偏差在納升（NL）以內(nèi)時，要分配的液體量以微升（μ50）為單位時，大多數(shù)泵和流量計不足以處理該任務(wù)。高精度流體分布技術(shù)用于此類微流控應(yīng)用。微流控應(yīng)用在用例中使用相關(guān)的泵送技術(shù)和補充運動控制技術(shù)。
精密泵的類型：
1.活塞泵或注射泵
活塞泵或注射泵是最常用的高精度流體分配設(shè)備。如圖所示，注射器的柱塞通過絲杠與電機相連。電機可以順時針和逆時針移動。根據(jù)電機的旋轉(zhuǎn)方向，可將流體注入或吸入注射器。
注射泵可分配的最大液體量等于注射器的體積。一旦液體完全噴出，就需要重新加注以分配更多的液體。如果需要連續(xù)流動的液體體積大于單個注射泵的體積，則可以同時使用多個泵。
當(dāng)一個注射器為空時，另一個開始分配液體，第一個開始吸入液體。當(dāng)?shù)诙€注射器為空時，它們切換角色。這將確保流體平穩(wěn)、連續(xù)流動。在這種配置中，止回閥可用于管理流向并確保平穩(wěn)和連續(xù)流動。
2.隔膜泵
隔膜泵是注射泵的一種變體。在這里，用于機械裝置的活塞來回移動，就像汽車發(fā)動機中的活塞一樣。這將置換腔室中的液體?？膳c止回閥配合使用，確保單向流動。
3.蠕動泵
另一種精確置換液的設(shè)計是蠕動泵。當(dāng)要分配的液體對污染物高度敏感時使用。
在蠕動泵中，滾筒擠壓軟管中的液體，如上圖所示，并沿滾筒的移動方向移動液體。在注射泵和隔膜泵中，柱塞與要更換的液體接觸，可能污染液體。這種可能性在蠕動泵中被消除。由于這一優(yōu)勢，它被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和化工領(lǐng)域。
運動控制：
用于精密流體分配的所有類型的泵都使用伺服或步進(jìn)電機。對于注射泵和隔膜泵，液體通過柱塞分配，對于蠕動泵，液體通過滾筒分配。這些泵的精度直接關(guān)系到電機定位的分辨率。所用電機的定位分辨率越高，泵的精度越高。位置控制通過編碼器和PID控制器（當(dāng)使用伺服電機時）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
對于從電機的一個位置到另一個位置的運動，應(yīng)選擇使加速度最小的運動曲線。選擇運動曲線的另一個原因是，電機的恒定轉(zhuǎn)速不會直接轉(zhuǎn)換為流體的分布恒定體積。在活塞泵和隔膜泵處于活塞運動極值時，排出的流體體積為零，中間最大。它不會在活塞運動的不同位置顯示線性模式。如果沒有運動曲線，分布液體的輸出和速度將不穩(wěn)定。
作為一般解決方案，可以使用梯形曲線或S曲線（速度和時間）等運動曲線來減少輸出的可變性。與其他曲線相比，S曲線和速度曲線在運行期間引起的抖動較小。與梯形曲線相比，速度過渡也變得平滑。
對于特定情況，最好使用凸輪輪廓來控制運動。在校準(zhǔn)和設(shè)置具有比密度、粘度和其他物理特性的液體的電機期間，計算電機位置和速度，以確保液體流動平穩(wěn)。該信息編碼為cam的查找表。根據(jù)查找表檢查來自編碼器的數(shù)據(jù)，電機使用相應(yīng)的速度。
高精度流體分配的應(yīng)用：
高精度流體分配廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、化工、實驗室和制造領(lǐng)域。
藥物輸注、透析和血小板提取是高精度液體分配技術(shù)中最常用的步驟。上述人工心臟等醫(yī)療設(shè)備使用啟用運動控制的泵。
自動化液體處理在實驗室應(yīng)用中也越來越流行。生物技術(shù)和各種生命科學(xué)實驗室活動依賴于精確的流體分布。對于DNA測序、基因分析、細(xì)胞分類、樣品制備、稀釋和轉(zhuǎn)移，采用精密液體處理以獲得高度準(zhǔn)確的測試和結(jié)果。
流體分配技術(shù)也用于制造業(yè)。各種制造工藝中使用的粘合劑均采用這些技術(shù)進(jìn)行處理，以確保準(zhǔn)確應(yīng)用。冷卻液和焊膏在電子組裝和制造中的應(yīng)用也可以通過精密流體分配完成。高精度分布的導(dǎo)電油墨可用于快速繪制定制電路。
